Общая характеристика каркасов производственных зданий. Состав каркаса и конструктивные схемы

Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.

По числу пролетов одноэтажное здание подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).

В настоящее время строятся преимущественно здания многопролетные (с числом пролетов два и более). По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами.

Наиболее широкое распространение получили одноэтажные производственные здания, оборудованные мостовыми электрическими кранами. Перемещаясь по подкрановым балкам на требуемой высоте, такие краны могут обслуживать практически всю площадь цеха, что весьма удобно для организации самых разнообразных производственных процессов.

Современные производственные здания имеют большие пролеты и высоту, часто оборудуются мощными кранами, вследствие чего в несущих конструкциях здания возникают большие усилия.

Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузку от веса ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т.п.), атмосферные нагрузки (снег, ветер), нагрузки от кранов, а в некоторых случаях и от другого технологического оборудования, называется каркасом здания.

Наряду с полностью стальными или железобетонными каркасами применяются смешанныекаркасы производственных зданий, в которых отдельные конструкции (чаще всего конструкции покрытия и подкрановые балки) выполняются из стали, а колонны – из сборного ж/б. Основу каркаса составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте и ригелей (стропильных ферм), жестко или шарнирно соединенных с колоннами. Расстояние между осями колонн в поперечном направлении здания называется пролетом. Расстояние между рамами называется шагом рам.

Рисунок 1.1 – Конструктивная схема стального каркаса двух пролетного производственного здания. 1 – колонны, 2 – стропильные фермы, 3 – подкрановые балки,
4 – светоаэрационные фонари, 5-связи по колоннам

В продольном направлении на рамы опираются подкрановые балки, элементы покрытия и фонари.

Жесткость и устойчивость каркаса и его отдельных элементов обеспечивается системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов; горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкции покрытия.

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируют так, что несущая способность (включая жесткость ) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания).

Производственные здания бывают однопролетными и многопролетными, оборудованными мостовыми кранами в одном или двух ярусах.

47. Компоновка конструктивной схемы каркаса. Размещение колонн в плане.

Проектирование каркаса производственного здания начинают с компоновки его конструктивной схемы. Исходным материалом является технологическое задание, в котором даются расположение и габариты агрегатов и оборудования цеха, число кранов их грузоподъемность и режим работы. Технологическое задание содержит данные о районе строительства, условиях эксплуатации цеха (освещенность, температурно-влажностный режим и т.д.)

При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, выбирается схема поперечной рамы, устанавливаются внутренние габариты здания, назначаются генеральные размеры основных конструктивных элементов каркаса, решается система связей по колоннам и шатру здания.

Размещение колонн в плане

Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов.

Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояние между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м) для производственных зданий пролетом L=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м.

Шаг колонн однопролетных зданий а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (L 30м) и значительной высоты (H=14м) с кранами Q 500кН оказывается выгоднее шаг 12 м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее шаг колонн 6 м. У торцов здания колонны смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих панелей с номинальной длиной 6 или 12 м.

В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований (например, передача продукции из пролета в пролет) часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн.

При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать.

Характеристика здания	Стальной каркас	Смешанный каркас
Длина блока вдоль здания, м	Ширина блока поперек здания, м	Длина блока вдоль здания, м	Ширина блока поперек здания, м
Отапливаемое	230(160)	150(110)
Неотапливаемое и горячие цеха	200(140)	120(90)

Размеры в скобках для зданий, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха t= -40 ¸ -65 °C.

Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы, не связанные между собой, колонны которых смещают с оси на 500 мм в каждую сторону, подобно тому как это делается у торца здания.

Если устраивается продольный температурный шов, то колонны устанавливают на разных осях с расстоянием 1000 или 1500 мм.

Возможно и другое решение продольного температурного шва с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или обоих ригелей на колонну с помощью катков или другого устройства.